Kutatói pályára felkészítő akadémiai ismeretek modul
Környezetgazdálkodás
Adatgyűjtés, mérési alapok, a
környezetgazdálkodás fontosabb műszerei
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖK
MSC
Műszeres mérések:
légnyomás
10. előadás
19.-20. lecke
A légnyomás mérése, mértékegységek, folyadékos barometer.
19. lecke
A légnyomás és mérése
• A felszínre nehezedő, adott fizikai tulajdonságokkal bíró levegőoszlop súlya a légnyomás. A légkör egy pontjában addig nyomja a területet a felette elhelyezkedő
levegőoszlop, amíg a levegőtest belső nyomása meg nem egyezik a ránehezedő, felette lévő levegő súlyával.
Adott helyzetben a légnyomás azonos a pont feletti levegőoszlop súlyával.
• Az SI-ben megfelelő mértékegysége a Pascal (Newton/m2), mely rendkívül kicsi egység. A
meteorológiai gyakorlatban a légnyomás (páranyomás) kifejezésére a bar is engedélyezett:
1 atm = 1 bar = 100000 Pa
A bar ezredrésze a mbar, mely a fentiekből következően:
1 mbar = 100 Pa = 1 hPa
Az átlagos tengerszinti légnyomás (egész Földre vonatkozóan):
101325 Pa = 1013,25 hPa = 1013,25 mbar Már csak történeti jelentőségű mértékegység a Hgmm és a
torr. A normál légköri nyomás 760 Hgmm, ami azonos torr-nak (760) felel meg:
1 Hgmm = 1 torr
Normál /standard légnyomás:
- 0°C-on mért érték
- A tengerszintre átszámított mennyiség
- A nehézségi gyorsulás a közepes földrajzi szélességre, a 45°-ra vonatkoztatott átlag érték (g=9,81m/s2)
A légnyomást a meteorológia gyakorlatában 500-1080 hPa között találjuk (a légköri magasság több szintjében).
Az elem mérési pontossága: 0,1 hPa.
Jelentősége – az előrejelzésben alapvető fontosságú, mással nem pótolható légköri elem.
Az azonos értékeket összekötő vonalak az izobárok.
64. ábra A közeli izobárok erős szélre utalnak
http://www2.wetter3.de/Animation_00_UTC/1 50_1.gif
• A légnyomásmérők 4 alapelven működhetnek:
- folyadékos barométerek - aneroid barométerek
- forráspont mérők (hipszométerek) - elektromos barométerek
A meteorológiai gyakorlatban a műszerek elnevezésekor a
~méter szóvég a pillanatnyi értékek leolvasására
használható műszert jelenti. Amennyiben az elnevezés
~gráf végű, akkor a műszer az elem hosszabb távú rögzítésére is alkalmas.
Légnyomásmérőknél barométer, ill. barográf a megfelelő nomenklatúra.
1. Folyadékos barométerek
• A folyadékos barométer töltete higany (Hg). Mérésénél gyakran Torricelli kísérletét ismételjük meg, aki egy félig zárt üvegcsövet (kb. 1 m hosszú) nyitott szájával egy higanyt tartalmazó tartóedénybe állított. A csőben a higany a tartóedény folyadékszintjéhez képest addig emelkedett, amíg az egyensúlyt nem tartott a körülötte lévő levegő nyomásával. A higanyoszlop magassága a csőben mintegy 76 cm.
• Ha a csövet megdöntjük, abban szemmel láthatóan több higany hatol be, de magassága bármennyire is döntjük, mindig 76 cm lesz a tartóedény Hg szintjéhez képest.
65. ábra A Torricelli kísérlet
http://termtud.akg.hu/okt/8/5/Torricelli%20kis erlet.gif
• Torricelli 1608-ban született és 1647-ben halt meg. Nagy hatással volt rá Galilei. A felfedezés után a barométer
szerkesztése Viviani nevéhez fűződik.
A légnyomás mérése az 1643-as évszámhoz kötődik.
A Torricelli-féle barométer mérési pontossága rendkívül magas, etalonként használatos műszer.
Érdekességképpen említjük, hogy a barométerünk töltete Hg helyett más is lehetne.
Ha pl. vizet használnánk, az is megfelelő lenne, csak a cső hosszúságát kellene mintegy 10 m-re növelni.
További folyadékos töltetű barométerek:
Gay-Lussac féle és körtés barométer
• Gay-Lussac: U alakban meghajlított üvegcső, melyet úgy alakítanak ki, hogy két helyen az üvegcsövet kiöblösítik.
A cső egyik szárát – az alacsonyabban fekvőt -
beforrasztják, a másik –magasabban lévő - szabadon marad. Mindkét ághoz tartozik leolvasó berendezés. A légnyomást a két érték összevetéséből kaphatjuk meg eléggé bonyolult eljárással. A műszer pontos, de
körülményessége miatt kevésbé elterjedt.
• A körtés barométer az előbbi módosítása, ahol az alsó edényt körte szerűen kiszélesítették, s így a légnyomás módosulásával a benne lévő Hg szintje alig változik.
66. ábra A Gay-Lussac féle barométer
commons.wikimedia.org/
wiki/File:Baro_6.png
Fortin-féle barométer. Korrekciózás, elhelyezés. Egyéb, nem folyadékos
légnyomásmérők
20. lecke
• Fortin féle barométer – az alsó Hg-szint beállítására
külön szerkezetet használunk, s azzal kezdjük a mérést.
A folyadékos barométereknél a korrekciózásra elterjedt eljárás a kompenzált skála készítése. Ennél megmérik már a gyártásnál a Hg-t tartalmazó üvegcső
keresztmetszetét (S) és a Hg-t tartalmazó tartány felületét (A). A barométer-állás, h:
h = x + x (S/A)
ahol az x a Hg-oszlop magasságának növekménye a légnyomás emelkedésekor.
A pontos értékhez jutásban a nóniuszos leolvasó segít.
67. ábra Higanyos barométer és nóniuszos leolvasója
Czelnai
www.hko.gov.hk/.../wxobs/ele _pressure1e.htm
A leolvasott légnyomás korrekciózása
A Hg oszlop magassága függ a környező léghőmérséklettől is, ezért a leolvasott értéket 0°C-ra kell korrigálni
(hőmérsékleti korrekció). Középen van egy korrekciós hőmérő a barométeren.
A következő korrekció a nehézségi korrekció, amely 45°
földrajzi szélességre történik.
Az állomás magasságát, s annak légnyomást módosító hatását a tengerszinti redukció pontosítja.
Hibalehetőségek
Hg-ba merülő kapilláriscső kiszélesedése
A meniszkusz feletti párolgó Hg gőz nyomásának hatása
A légnyomásmérő elhelyezése
• Soha nem tesszük ki a szabadba. Számára többször külön „légnyomásmérő helyiséget” biztosítunk (nem fűtött, de beltéri)
• A mérés helyén lehetőség szerint egyenletes hőmérsékletet kell biztosítani.
• A műszert kihelyezés után nem mozgatjuk, stabilan függesztve marad
• Független a kültéri időjárás hatásaitól
• A műszer leolvasásának időpontja állandó (észlelési időpontok)
2. Aneroid barográf
• Működési alapelve: két eltérő nyomású teret elválasztó hártya az alacsonyabb nyomástér felé behorpad, ahol a benyomódás mértéke a nyomáskülönbséggel arányos.
• Mérési tartomány (légkörben): 950 – 1040 mbar.
• Egy zárt fémdobozból kiszivattyúzott levegő mindig alacsonyabb légnyomást biztosít, mint a környező
levegőé. Ez a légmentes fémszelence a Vidi-doboz. A légnyomás a szelence két oldalát egymáshoz közelíti, amelyet rugó ellensúlyoz. Az elmozdulással mozgatott írókar képes a légnyomás rögzítésére.
• Általában nem egy, hanem több egybeépített Vidi dobozt alkalmazunk.
68. ábra Az aneroid barográf a Vidi dobozzal
Czelnai
www.hko.gov.hk/.../wxobs/ele_pressur e1e.htm
3. Forráspontmérők
• A különböző folyadékok eltérő hőmérsékleten forrnak fel, mégpedig ott, ahol a folyadék feletti gőznyomás értéke (e) éppen megegyezik a külső légnyomással (P). A
gőznyomás-hőmérséklet függését a Clapeyron egyenlet adja meg:
dln e / dT = L/RT2 ahol e: gőznyomás
L: latens hő
T: hőmérséklet
R: egyetemes gázállandó.
• A fenti formulából kiszámolhatjuk, hogy normál légköri nyomáson a víz 100°C-on forr fel.
• 1 mbar nyomáscsökkenéshez 0,027°C hőmérséklet csökkenés társul. Ez körvonalazza a műszer költséges voltát és nehézkes kezelhetőségét.
• Általában alacsony légnyomás értékeknél használatos (magas hegységekben), s ott is leginkább
magasságmérésre vezették be (név utal rá - hipszométer).
• Alkalmazásánál minden esetben folyadékot forralunk, s pontosan meghatározzuk annak forráspontját.
A gyakorlatban a Clapeyron egyenlet módosított változata használatos:
ln P = a – (b/Tf)
ahol P: légnyomás a és b: konstansok
Tf: forráspont hőmérséklet
Ez valamivel egyszerűbb, mint az eredeti Clapeyron egyenlet .
Hazánkban nem igazán terjedt el ez a légnyomásmérő.
69. ábra A forráspontmérő vázlatos rajza
Czelnai
4. Elektromos barométerek
• A meteorológiai hálózatban az automaták
nyomásérzékelője 3 db aneroid cellát tartalmaz. A cellákban kapacitásmérő van, mely az elektromos
kapacitás változást frekvencia változássá alakítja át. A légnyomás pillanatnyi értékét a számítógép a három
cella átlagaként adja meg. A gép úgy van beállítva, hogy ha a harmadik cella értéke nagyon eltér a másik kettőtől, akkor azt a számításnál kihagyja. A műszer mérési
pontossága: 0,3 hPa.
• Lehet még pl. kvarckristályt is használni, mely piezo- rezisztenciája módosul a légnyomás változására
